2016, Vol. 31
地球物理勘探方法主要是根据地下地质体的地球物理特性，在地表开展工作，根据地下地质体在地表的反映结果，结合已知地质断面的地球物理特征，综合数据处理、反演分析和结论解译，推断地下隐伏矿体及矿体的空间赋存状态(柳建新和刘春明, 2004；何继善, 2006；陈腊春和陶德益, 2009；杨春燕, 2010).激电测深方法一般是在扫面基础上，在重点异常区域设置多条剖面，根据剖面测深的结果，可以推断地下地质体的产状和空间赋存状态(李树文和刘伏昌, 2000；刘宏信和刘日阳, 2005；陈腊春和陶德益, 2009；刘达龙, 2011).对称四极测深方法是激电测深的主要方法之一，因其简单方便，在野外广泛被采用(王昌勇等，2009；吴小平等，2010b；杨春燕, 2010；武斌和曹蜀湘, 2010；张全, 2010).
野外地形地貌繁复无常，地球物理方法的开展往往会受到地形条件的限制和约束，物探测量的数据结果也会受到相应的影响(吴小平等，2010b).因此在数据处理和资料解译的过程中，通常要根据具体的实际情况，结合项目人员的丰富项目经验，综合各类相关信息，处理野外实测数据和解译相关资料(柳建新等，2006；陈腊春和陶德益, 2009；吴小平等，2010b).
地形对地球物理测量的影响是最直观的，也是最复杂的(吴小平等，2010b).由于野外地形地貌千差万别，不可能有统一的数据处理与解译模式，但可以根据研究范围及地质体的形态，简化和抽象地形，进而具体分析和处理实际问题(王昌勇等，2009；吴小平等，2010b；杨春燕，2010；武斌和曹蜀湘, 2010；张全, 2010).比如，对于一个斜面长度达到4 km的山坡，如果我们只是研究山坡下深度1 km范围内的地质体的问题，我们完全可以将山坡看成一个单斜地形来进行处理.
1 激电对称四极测深对称四极测深方法是激电测深的主要方法之一.它是在地面的一个测深点上(即测量电极MN的中点)，通过逐次加大供电电极AB极距的大小，测量同一测量点上的不同AB极距的极化率、充电率或者幅频率的值，研究这个测深点下不同深度的地质断面情况.在AB极距较短时，电流分布浅，激励电流只能激发浅部地质体的激发极化特性，极化率(幅频率)曲线主要反映浅层情况; AB极距大时(A1B1)，电流分布较深，激励电流可以激发深部地质体的激发极化特性，极化率(幅频率)曲线主要反映深部地层的影响(柳建新和刘春明, 2004；何继善, 2006；柳建新等，2006；陈腊春和陶德益, 2009；杨春燕，2010；吴小平等，2010b).(如图 1所示)
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图 1 激电对称四极测深方法示意图 Figure 1 The symmetric four pole sounding for IP method |
激电对称四极测深的成果，主要是揭示某个测深点在垂向方向上的物性参数的变化，对于单个测深点，通常纵向坐标采用供电极距的标称值或按比例折算结果，而横向坐标采用实测的极化率(幅频率)结果.这样，可以形象的展示测深点在地下垂直维度上的物性参数变化情况(柳建新等，2006；陈腊春和陶德益, 2009；吴小平等，2010b).实际工作中一般采用沿一个剖面连续测量多个测深点，然后沿剖面综合制作剖面拟断面图.拟断面图的横坐标是实际剖面线，纵坐标是各测深点的各个实测拟深度，然后以各个点位的实测极化率(幅频率)数值绘制断面等值线图，这种拟断面等值线图可以形象的展示地下极化地质体在剖面上的二维分布形态(李树文和刘伏昌, 2000；何继善, 2006；王昌勇等，2009；刘达龙, 2011).
图 2所示为激电对称四极测深拟测深点的示意图.图中AB为供电电极位置，MN为测量电极位置，o为MN的中点，也是测深点位置，D点为拟测深点位(即测量结果反映的地电断面深度位置).
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图 2 激电对称四极测深拟测深点位置示意图 Figure 2 Pseudo position of the symmetric four pole sounding for IP method |
目前，制作激电对称四极测深拟断面图主要有三种方法来确定其拟测定深度：
(1) 线性坐标，直接使用供电极距AB的1/2、1/3或者1/4，按比例尺成图，线性坐标主要能体现中深部异常情况，对中浅部异常压制比较厉害.
(2) 单对数坐标，取6.25×Lg (AB/2)或者3.125×Lg (AB/2)作为纵轴，与比例尺无关，这样的断面图，压制深部异常，突出中浅部异常，对于测深来说深部异常很难识别.
(3) 平方根值坐标，取供电极距AB/2的平方根值的倍数(2~20)作为纵坐标，按比例尺作图，这种坐标的断面图对异常的描述介于前两种坐标断面图之间，能够兼顾浅、中、深地电体的特征，有利于对地下极化体的解释.
只有使用线性纵轴才可以直接判断异常体的产状，其他两种纵轴无法直接判定异常产状.所以可以把三种图都做出来，然后根据已经揭露的地质情况，选择一种最接近实际情况的断面图进行解释.
2 单斜地形对称四极激电测深拟断面图影响图 3所示为一个倾角为θ单斜地形，实际工作中，发送极距一般采用水平距离(A1B1=AB×cos (θ))，且拟测深剖面也是按照垂直方向，即拟测深点标记为D点.但从理论上来说，只要单斜地形斜坡面长度足够，拟测深点应该标记为D1点.当采用线性坐标方式的AB/2作为拟深度时，OD的距离实际记为A1B1/2，而OD1却是AB/2.
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图 3 单斜地形激电对称四极测深示意图 Figure 3 Single-Slope terrain for the symmetric four pole IP sounding |
正是由于单斜地形中处理拟测深点位置的原因，使得激电对称四极测深结果的拟断面图发生畸变，影响实际结果的处理解释工作.
图 4所示为水平地形激电对称四极拟断面的测深点位图.拟测深度按照线性坐标处理，且为供电极距的1/2(即AB/2).
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图 4 水平地形对称四极激电测深拟断面点位图 Figure 4 The pseudo location of points of IP sounding for horizontal terrain |
图 5所示为单斜地形对称四极激电测深的理论上的拟断面点位图.如果单斜剖面长度足够，即不考虑地形两端地形突变引起的测深效果因素，理论上测深点位的拟测深点应该垂直于单斜地形表面.同时，拟测深点位距离地表的距离应该是沿地表斜面的几何长度的1/2.
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图 5 单斜地形对称四极激电测深拟断面的理论点位图 Figure 5 The theoretical pseudo location of points of IP sounding for single slope terrain |
图 6所示为单斜地形对称四极激电测深的实际的拟断面点位图.实际测深点位的拟测深点是垂直向下的.同时，拟测深点位距离地表测深点(MN中点)的距离是供电电极水平距离的1/2.
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图 6 单斜地形对称四极激电测深拟断面的实际点位图 Figure 6 The pseudo location of points of IP sounding for single slope terrain |
图 7所示为地下直立板状体上激电对称四极测深的拟断面图.从图中可以看到视极化率等值线图可以直观的反映直立板状体的空间赋存状态.
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图 7 水平地形对称四极激电测深拟断面图 Figure 7 The pseudo section figure of IP sounding for horizontal terrain |
图 8所示为将图 7所示的水平模型倾斜30°后的结果.从图中可以看到，板状体的产状形态依然是垂直于倾斜表面.视极化率的拟断面图正确的反映了极化体的实际产状.
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图 8 单斜地形对称四极激电测深理论拟断面图 Figure 8 The theoretical pseudo section figure of IP sounding for single slope terrain |
图 9所示为将图 7所示的水平模型倾斜30°后的野外实际观测结果.从图中可以看到，板状体的产状形态已经与图 8的结果完全不一致，发生了严重的畸变.视极化率的拟断面图不能正确的反映极化体的实际产状.
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图 9 单斜地形对称四极激电测深实测拟断面图 Figure 9 The pseudo section figure of IP sounding for single slope terrain |
产生这种情况的主要原因是由图 3所示的情况引起：对称四极测深的拟断面上面的拟测深点的人为偏移.本来应该标记为D1的拟测深点，却标记到了D点.
因此，在实际工作中，应该根据实际情况，对地形的影响做相应的修正处理.若不进行拟断面图的地形修正处理，将会严重影响激电测深拟断面图的解译效果.
3 新疆某钨矿单斜地形对称四极激电测深地形改正应用效果在新疆喀什地区有一个钨矿，矿体位于一个单斜型斜坡的半山腰部位，山脊呈东西走向，山坡自北向南倾斜.地形海拔从3500 m到山顶的5500 m，山体坡度约30°，即坡面长度近4000 m.矿区上层为花岗岩，下层为花岗闪长岩，钨矿就产于从花岗闪长岩开始的沿东西走向的花岗岩裂隙中产生的石英脉中.含钨矿的石英脉一般与辉钼矿、黄铜矿、黄铁矿等共生.因而采用激电方法来间接勘查地下盲矿体和追查含矿石英脉的产状形态.
图 10所示为7号测深剖面的双频激电对称四极测深的视幅频率的实测拟断面图.因矿体走向方向垂直于坡面方向，因此，矿区测深剖面均是沿坡面布置.从图中可以看到，在7号剖面的4号测深点下方约70~80 m处有一个激电异常.
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图 10 实测7号剖面双频激电测深拟断面图 Figure 10 The pseudo section figure of dual-frequency IP sounding for No.7 profile |
根据激电测深拟断面图的解译结果，在7号剖面布设了钻孔ZK7-3，钻孔倾角75°，计划钻进80~90 m见矿.可实际该钻孔总钻进深度243 m，均未见矿(图 11).
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图 11 修正后的7号剖面双频激电测深拟断面图 Figure 11 The pseudo section figure of dual-frequency IP sounding for No.7 profile after correction |
综合分析各种原因，最后认为是双频激电测深的地形影响造成.根据前述的理论方法进行地形改正，即采用单斜地形的改正方式对实测结果进行修正.图 11所示为修正后的双频激电对称四极测深的视幅频率拟断面图.从图中可以看到：极化体的产状形态和规模均有所变化.将ZK7-3的位置信息移植到该拟断面图，可以合理解释为未见矿的原因.同时，在ZK7-3的北部55 m的地方布置了ZK7-5，钻孔倾角85°.当钻孔钻进65 m时，发现了含矿石英脉层位，且见矿视厚度达58 m (图 11).说明修正后的视幅频率拟断面图是正确的.
8号剖面位于地表出露矿体的上方，地表出露矿体宽度最宽，也是本次双频激电测深探测深度最大，剖面最长的剖面，AB供电最大极距达到水平距离900 m.
图 12是8号剖面实测拟断面图.从图中可以看到，地下极化体可以认为是向北倾斜的串珠状的空间赋存形态，当然也可以解译成向南倾斜的串珠状的极化体，但是极为勉强.
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图 12 实测8号剖面双频激电测深拟断面图 Figure 12 The pseudo section figure of dual-frequency IP sounding for No.8 profile |
图 13所示为修正后的8号剖面双频激电测深拟断面图.显然，图中极化体的空间产状可以解译为向南倾斜的板状体.这与实际地质解译结果基本一致.说明修正后的拟断面图更加符合实际情况.这也为下一步的验证钻孔布置提供了方向性的指示.
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图 13 修正后的8号剖面双频激电测深拟断面图 Figure 13 The pseudo section figure of dual-frequency IP sounding for No.8 profile after correction |
对称四极激电测深方法在野外实际测量中应用十分广泛.可野外工作方法因实际情况千差万别，特别是地形种类的变化无常，往往会因处理方式的不恰当而使得解译结果与实际情况发生偏差.从特定情况的单斜地形出发，采用修正处理的方法，很好的解决了因单斜地形而引起的地下极化体在拟断面图上的呈现形态.这也为多种复合地形的组合修正提出了一种很好的参考.
| [] | Bertin J, Loeb J. 1980, Experimental and theoretical aspects of induced polarization[M]. Translated by Chen ling etal. Geology Press. |
| [] | CHEN La-chun, TAO De-yi .2009. The application of Time-domain induced polarization method in Siding Lead-Zinc mine in Guangxi province[J]. Geology and Exploration, 45 (3) : 280–286. |
| [] | DUAN Chun-jie, AI Jing-xu, YE Zeng-lu .2013. The Application of wavelet transform coherency algorithm in seismic data interpretation[J]. Progress in Geophysics (1) : 434–438. DOI:10.6038/pg20130149 |
| [] | HE Ji-shan. 2006, Dual-Frequency Induced Polarization[M].Higher Education Press. |
| [] | LI Shu-wen, LIU Fu-chang .2000. Morphological interpretation of induced polarization anomalies and its application[J]. Geology and Exploration, 36 (1) : 48–50. |
| [] | LI Su-yi, LIN Jun, YANG Gui-hong, TIAN Pei-pei, WANG Yuan, YU Sheng-bao, JI Yan-ju .2013. Ground-Airborne electromagnetic signals de-noising using a combined wavelet transform algorithm[J]. Chinese Journal Geophysics, 56 (9) : 3145–3152. DOI:10.6038/cjg20130927 |
| [] | LI Yong, LIN Pin-rong, XIAO Yuan, WANG You-xue .2011. Induced Polarization effect on frequency-domain electromagnetic sounding with electric dipole source[J]. Chinese J.Geophys., 54 (7) : 1935–1944. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.07.028 |
| [] | LIU Hong-xin, LIU Ri-yang. 2005. Application effects of frequency induced polarization method on Gaoji polymetallic deposit[J]. West-China Exploration Engineering. Series No. 115, Nov. 2005. |
| [] | LIU Jian-xin, HU Hou-ji, LIU Chun-ming .2006. Application of synthetical geophysical method on exploration of deep-seated resources[J]. Geology and Exploration, 42 (4) : 71–74. |
| [] | LIU Jian-xin, LI Jie, YANG Jun .2010. The application of modified Wavelet frequency division restructuring to petrol seismic survey data processing[J]. Progress in Geophysics, 25 (6) : 2009–2014. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2010.06.016 |
| [] | LIU Jian-xin, LIU Chun-ming .2004. Application of Dual-frequency Induced Polarization method on some polymetallic belt mine zone of Tibet[J]. Geology and Prospecting, 40 (2) : 59–61. |
| [] | REN Jin-feng, LIAO Yuan-tao, SUN Ming, ZHAO Shu-e, LIU Xiao-long, SONG Guang-zeng .2013. A method for quantitative division of sequence stratigraphy withhigh-resolution based on wavelet transform and its application[J]. Progress in Geophysics, 28 (5) : 2651–2658. DOI:10.6038/pg20130546 |
| [] | WANG Chang-yong, YAN Hong, YAN Yong-bang .2009. The application effect of Dual-frequency induced polarization method on Chuduoqu district of Tibet[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 33 (5) : 541–544. |
| [] | WANG Jing-qiang, GUO Chang-sheng, FU Yong-tao .2013. The application of Wavelet Transform in Marine Sediments acoustic velocity in-situ measurement[J]. Progress in Geophysics, 28 (6) : 3317–3323. DOI:10.6038/pg20130662 |
| [] | WANG Wei-nan, YU Qin-fan, TONG Mao-song, DING Zhu, JIANG Yi-zhong .2011. Electrode configuration design of induced polarization potential decay spectrum logging[J]. Progress in Geophysics, 26 (1) : 371–375. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2011.01.045 |
| [] | WU Bin, CAO Shu-xiang. 2010. Application of Induced Polarization method on the water resources prospecting of Hongceng Districts of SiChuan China[J]. Journal of Sichuan geology, Vol.30 No.1, Mar, 2010. http://library.seg.org/doi/abs/10.1190/1.1438402 |
| [] | WU X P, HE J S, LIU J X .2006. The effect of the electromagnetic wave's impedance transform to the results of the ground probing radar[J]. Progress in Geophysics, 21 (1) : 251–255. |
| [] | WU X P, LIU J X, DUAN W H .2010a. A utilitarian method for the explanation of time domain electromagnetic sounding[J]. Progress in Geophysics, 25 (3) : 898–903. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2010.03.024 |
| [] | WU X P, LIU J X, DUAN W H .2010b. The effect of topography aberration on the pseudo section of the dipole-dipole array resistivity sounding[J]. Progress in Geophysics, 25 (2) : 635–641. DOI:10.3966/j.issn.1004-2903 |
| [] | XIE Jun-ju, WEN Zeng-ping, LI Xiao-jun, LI Ya-qi, LV Hong-shan, Huang Jun-yan .2012. Analysis of velocity pulses for near-fault strong motions from the Wenchuan earthquake based on wavelet method[J]. Chinese J.Geophys. (6) : 1963–1972. DOI:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.06.017 |
| [] | YANG Chun-yan. 2010. Application of Induced Polarization method in prospecting groundwater resources[J]. Journal of QuJing normal university Vol.29, No.3. |
| [] | YU Ji-yu, LIU Fu-chen, HUANG Huai-feng. 2009. The processing measure for normal field noise of Induced Polarization water prospecting[J]. Yellow River, Vol.31, No. 4. |
| [] | ZHANG Quan .2010. The Application of Locating Concealed Copper-molybdenum Mine Field by Dual Frequency Induced Polarization Method at Wangjiadian Area[J]. GanSu Metallurgy, 32 (6) : 1672–4461. |
| [] | ZHANG Ying, PAN Bao-zhi, HE Sheng-lin, ZHANG Pei-zhen .2012. Identification of the features of wavelet analysis based reservoir fluid[J]. Progress in Geophysics, 27 (6) : 2554–2560. DOI:10.6038/j.issn.1004-2903.2012.06.032 |
| [] | ZHAO Ju-lin, XUE Bin-yi, FENG Jun .2009. The apparent resistivity parameters in direct current ip method and the secondary electric field sampling[J]. Geophysical and Geochamical Exploration, 2009 (1) : 85–87. |
| [] | 陈腊春, 陶德益. 2009.激电测深法在广西融安县泗顶铅锌矿接替资源勘查中的应用[J].地质与勘探, 第45卷, 第3期. |
| [] | 段春节, 艾敬旭, 叶增炉.2013. 基于小波变换的相干技术在断层解释中的应用[J]. 地球物理学进展 (1) : 434–438. DOI:10.6038/pg20130149 |
| [] | 何继善. 2006, 双频激电法[M].高等教育出版社. |
| [] | J.伯廷, J.洛布. 1980, 激发极化的实验与理论[M].陈玲等译.地质出版社. |
| [] | 李树文, 刘伏昌.2000. 激电异常的形态解释方法及其应用研究[J]. 地质与勘探, 36 (1) : 48–50. |
| [] | 李荡. 2012.基于ARM的高精度双频激电仪接收机的设计[D].中国地质大学. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10491-1012446454.htm |
| [] | 李肃义, 林君, 阳贵红, 田培培, 王远, 于生宝, 嵇艳鞠.2013. 电性源时域地空电磁数据小波去噪方法研究[J]. 地球物理学报, 56 (9) : 3145–3152. DOI:10.6038/cjg20130927 |
| [] | 李勇, 林品荣, 肖原, 王有学.2011. 电偶源频率电磁测深激发极化效应研究[J]. 地球物理学报, 54 (7) : 1935–1944. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.07.028 |
| [] | 刘达龙. 2011.双频激电法在浙江省常山县苦麻岭地区钨、锡、钼多金属萤石矿勘查中的应用研究[D].太原理工大学. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10112-1011082028.htm |
| [] | 刘宏信, 刘日阳. 2005.变频激发极化法在高基多金属矿区的应用效果[J].西部探矿工程. Series No. 115, Nov. 2005. http://www.airitilibrary.com/Publication/alDetailedMesh?docid=10045716-200511-17-11-126-127-a |
| [] | 柳建新, 胡厚继, 刘春明.2006. 综合物探方法在深部接替资源勘探中的应用[J]. 地质与勘探, 42 (4) : 71–74. |
| [] | 柳建新, 李杰, 杨俊.2010. 改进的小波分频重构算法在石油地震勘探中的应用[J]. 地球物理学进展, 25 (6) : 2009–2014. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2010.06.016 |
| [] | 柳建新, 刘春明.2004. 双频激电法在西藏某铜多金属矿带的应用[J]. 地质与勘探, 40 (2) : 59–61. |
| [] | 任金锋, 廖远涛, 孙鸣, 赵淑娥, 刘小龙, 宋广增.2013. 基于小波变换的高精度层序地层定量划分研究及其应用[J]. 地球物理学进展, 28 (5) : 2651–2658. DOI:10.6038/pg20130546 |
| [] | 王昌勇, 严鸿, 严永邦.2009. 双频激电法在西藏楚多曲地区的应用效果[J]. 物探与化探, 33 (5) : 541–544. |
| [] | 王景强, 郭常升, 付永涛.2013. 小波分析在海底沉积物声速原位测量中的应用[J]. 地球物理学进展, 28 (6) : 3317–3323. DOI:10.6038/pg20130662 |
| [] | 王伟男, 余钦范, 童茂松, 丁柱, 姜亦忠.2011. 激发极化电位衰减谱测井电极系设计[J]. 地球物理学进展, 26 (1) : 371–375. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2011.01.045 |
| [] | 武斌, 曹蜀湘. 2010.激发极化法在四川红层地区水资源勘察中的应用[J].四川地质学报, Vol.30 No.1, Mar, 2010. http://www.cqvip.com/qk/83117x/201001/33234901.html |
| [] | 吴小平, 何继善, 柳建新.2006. 电磁波的阻抗变换作用对地质雷达探测效果的影响[J]. 地球物理学进展, 21 (1) : 251–255. |
| [] | 吴小平, 柳建新, 段无悔.2010a. 一种实用的时间域电磁测深解释方法[J]. 地球物理学进展, 25 (3) : 898–903. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2010.03.024 |
| [] | 吴小平, 柳建新, 段无悔, 等.2010b. 地形畸变对偶极-偶极电阻率测深拟断面图的影响[J]. 地球物理学进展, 25 (2) : 635–641. DOI:10.3969/j.issn.1004-2903.2010.02.037 |
| [] | 谢俊举, 温增平, 李小军, 李亚琦, 吕红山, 黄隽彦.2012. 基于小波方法分析汶川地震近断层地震动的速度脉冲特性[J]. 地球物理学报 (6) : 1963–1972. DOI:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.06.017 |
| [] | 杨春燕. 2010.激发极化法在地下水资源勘探中的应用[J].曲靖师范学院学报, Vol.29, No.3. http://www.docin.com/p-1198606598.html |
| [] | 于纪玉, 刘福臣, 黄怀峰.2009.激发极化法找水野外常见干扰及处理措施[J].人民黄河, Vol.31, No. 4. http://www.doc88.com/p-819687455294.html |
| [] | 张全.2010. 双频激电在王家店探测隐伏铜钼矿的应用[J]. 甘肃冶金, 32 (6) : 1672–4461. |
| [] | 张莹, 潘保芝, 何胜林, 张培珍.2012. 基于小波分析的储层流体性质识别[J]. 地球物理学进展, 27 (6) : 2554–2560. DOI:10.6038/j.issn.1004-2903.2012.06.032 |
| [] | 赵聚林, 薛斌义, 冯军.2009. 直流激发极化法中的视电阻率参数及二次场采样[J]. 物探与化探, 2009 (1) : 85–87. |